不同比例低碳高脂飲食對糖代謝的影響

夏心怡 胡麗麗 殷 峻

低碳飲食是近年來興起的新飲食方式，提倡減少碳水化合物的凈攝入，每日碳水化合物攝入大都低于總熱量的20%，所需熱量轉而由脂肪提供。機體從基于葡萄糖的能量代謝轉變為基于脂肪的能量代謝。臨床研究發現，低碳飲食減少葡萄糖誘導的胰島素級聯反應，從而改善肥胖[1～6]。對于糖尿病患者，低碳飲食顯著降低體重，改善空腹血糖及糖化血紅蛋白，減少胰島素的注射劑量，甚至停藥[7～9]。然而，在動物實驗中，60%脂肪的低碳高脂飲食常用于肥胖小鼠的造模，小鼠出現明顯的血糖增高及胰島素抵抗。本實驗旨在探討不同碳水化合物比例的飲食對小鼠體質量及代謝的影響，并與低碳飲食的2型糖尿病患者進行初步比較，探究低碳飲食對小鼠及人產生不同效果的原因。

材料與方法

1.實驗材料：3周齡健康SPF級C57BL/6J野生型雄鼠48只，購自上海西普爾-必凱實驗動物有限公司，飼養于上海交通大學附屬第六人民醫院動物中心。短效人胰島素購自丹麥諾和諾德制藥有限公司，葡萄糖購自上海生工生物工程公司，丙酮酸購自美國Sigma公司,血糖儀及血糖試紙購自瑞士Roche公司，血清胰島素檢測試劑盒購自美國Crystal Chem公司。普食、60%高脂飲食(可可脂)和75%高脂飲食定制于江蘇省協同醫藥生物工程有限責任公司。60%高脂飲食(豬油)購自美國Research Diets公司。

2.動物飼養：動物飼養在12h光照/12h黑暗、恒溫、恒濕環境下。每組10只，隨機分為4組，共40只。4組小鼠適應性喂養3周后，根據組別分別喂養普食飼料及3種高脂飼料,4種飼料蛋白質的熱量占比均為20%。小鼠分組如下：A組：碳水化合物占70%，脂肪占10%；B組：碳水化合物占20%，脂肪占60%，脂肪來源主要為可可脂；C組：碳水化合物占5%，脂肪占75%，脂肪來源主要為可可脂；D組：碳水化合物占20%，脂肪占60%，脂肪來源為豬油。開始喂養后定期記錄攝食量，每周測量小鼠體質量。麻醉后處死并測量肝重。

3.代謝評估：開始后第4周、第24周測量隨機血糖水平并留取血清。第22周禁食12h后，測量空腹血糖并留取血清。酶聯免疫吸附試驗測定隨機及空腹胰島素水平。

4.腹腔注射葡萄糖耐量試驗(introperitoneal glucose tolerance test，IPGTT)及丙酮酸耐量試驗(pyruvate tolerance test，PTT)：小鼠禁食12h，按2g/kg體質量腹腔注射葡萄糖溶液或丙酮酸溶液，分別于0、30及120min測量血糖水平。

5.胰島素耐量試驗(insulin tolerance test，ITT)：小鼠禁食6h，按1U/kg體質量腹腔注射胰島素溶液，分別于0、30及120min測量血糖水平。

6.食物選擇試驗：8只小鼠適應性喂養2周后，隨機分為4籠，每籠2只，同時給予足量普通飲食飼料(70%碳水化合物，10%脂肪)及60%高脂飼料(60%脂肪，來源主要為豬油，20%碳水化合物)，每天記錄兩種飼料攝食量。

7.研究對象：選取2019年12月～2020年5月于筆者醫院內分泌門診診療的2型糖尿病患者8例。納入標準：①T2DM患者符合《中國2型糖尿病防治指南(2017版)》診斷標準[10];②年齡>18歲;③糖化血紅蛋白≥7.5%且≤11.0%。排除標準：①1型糖尿病;②具有其他代謝相關疾病病史及DKA相關誘因;③肝腎功能異常者。研究經筆者醫院醫學倫理學委員會審核通過，研究對象均簽署知情同意書。

8.研究方法：患者在試驗開始前接受試驗者的健康宣傳教育，在原有糖尿病藥物基礎上自行進行低碳飲食，試驗期間禁止受試者攝入米面類主食、粗糧、雜糧及含淀粉的蔬菜等高碳食物(要求每日碳水化合物攝入量占總能量攝入的20%以下)，對進食次數及數量無限制。開始前及開始1個月后記錄患者完整一天的飲食情況，并在期間不定期抽查(>10次/月)。禁食12h后，次日晨檢測患者空腹及餐后2h血糖。

結 果

喂養2周后，D組相較于A、B、C組出現明顯的體質量增長(P均<0.01)，隨著喂養時間的增加，4組體質量的差異逐漸增大。喂養24周后，體質量差異進一步增大(P=0.000，圖1A)。4組小鼠能量攝入差異有統計學意義(P=0.000，圖1B)，小鼠體質量增長快慢與能量攝入相一致。高脂飲食喂養后小鼠肝臟重量增加，C組肝重較A組增加37%(P=0.078)，D組肝重約為A組的2倍(P=0.000，圖1C)。喂養4周及24周后，4組隨機血糖比較，差異無統計學意義(P值分別為0.492、0.773，圖1D)。4組空腹、隨機胰島素水平比較，差異無統計學意義(P值分別為0.078、0.131，圖1E)。

圖1 不同飲食組小鼠代謝情況A.體質量；B.攝食量；C.肝重；D.隨機血糖；E胰島素。與A組比較，*P<0.05，**P<0.01；與B組比較，#P<0.05，##P<0.01；與C組比較，ΔP<0.05，ΔΔP<0.01

IPGTT結果表明，D組各點血糖顯著高于其他3組(P均為0.000)。ITT結果顯示禁食6h后，A組各時間點血糖低于B、C、D組(P均<0.05)，D組注射胰島素后120mim血糖積顯著高于B組及C組(P均為0.000)。PTT 結果表明，禁食12h后，A組、B組、C組及D組空腹血糖依次顯著升高(P<0.05)，A組注射丙酮酸后30min血糖顯著低于B、C、D組(P均<0.05)，而D組注射丙酮酸后曲線下面積顯著高于A、B、C組[1264.00±60.72mmol/(L·min) vs 760.70±92.57mmol/(L·min) vs 1014.00±100.60mmol/(L·min) vs 1012.00±191.10mmol/(L·min)，P均<0.05]，詳見圖2。以上結果提示，B、C、D組小鼠相較A組小鼠出現胰島素耐量和丙酮酸耐量異常，D組異常最為明顯。

圖2 葡萄糖耐量試驗、胰島素耐量試驗及丙酮酸耐量試驗中血糖變化情況A.IPGTT；B.ITT；C.PTT；與A組比較，*P<0.05，**P<0.01；與B組比較，#P<0.05，##P<0.01；與C組比較，ΔP<0.05，ΔΔP<0.01

同時給予普通飲食飼料及高脂飼料后，小鼠每日高脂飼料攝入量顯著高于普通飼料(P均為0.000,圖3)。

圖3 小鼠食物選擇試驗兩組比較，*P<0.01

2型糖尿病患者低碳飲食1個月后攝入能量及體重較飲食前差異無統計學意義，碳水化合物比例減少，脂肪和蛋白比例顯著上升(P值分別為0.000、0.003、0.000)。患者空腹及餐后2h血糖顯著下降(P值分別為0.013、0.002，圖4)。

圖4 糖尿病患者低碳飲食前及飲食后1個月變化情況A.能量攝入；B.體重；C.血糖；D～F.飲食結構分別為碳水化合物、脂肪、蛋白質

討 論

本研究在固定蛋白質比例，排除其對小鼠體質量及糖代謝的影響后，發現C組和D組小鼠早期即出現體質量的增加，隨著喂養時間延長，各高脂飲食組與普通飲食組之間的體質量差異逐漸增大，體質量增長與能量攝入相一致，并出現胰島素抵抗及糖異生增加。Hu等[11]研究也發現在控制蛋白質比例后，隨著脂肪含量的上升，BALB/c小鼠、C3H小鼠、DBA/2小鼠及FVB小鼠的平均體質量均隨之增加。表明高脂飲食在小鼠中更傾向于誘發肥胖及糖脂代謝的紊亂。

一項12周的短期臨床試驗表明，相較于低脂飲食，低碳飲食組的糖尿病受試者出現更明顯的體重下降，更多低碳飲食組受試者減少胰島素的使用(85% vs 22%)[12]。長期臨床試驗也表明低碳飲食可改善體重[13, 14]。這與動物模型得出的結論正好相反。

本研究中小鼠在進食同種來源脂肪時，攝入能量及體質量隨脂肪比例增高而增加。同樣以可可脂為主要脂肪來源，D組小鼠喂養24周后能量攝入較C組小鼠增長8.2%，平均體質量增加了15.5%。既往研究提示使用豬油作為主要脂肪來源的60%高脂飼料喂養小鼠18周后平均體質量及每日能量攝入顯著增加[15, 16]。本研究也發現以豬油為主要脂肪來源的小鼠(D組)體質量及攝食量均高于以可可脂為主的同脂肪比例同周齡小鼠(B組)，甚至高于以可可脂為主的75%高脂飲食小鼠(C組)。而在同時給予普通飼料及高脂飼料時，小鼠飲食以高脂飼料為主，幾乎不攝入普通飼料。筆者猜測以上現象是因為小鼠更偏向于攝入高脂飲食，隨飼料中脂肪含量增高，對小鼠食欲的刺激作用更為明顯，豬油對小鼠的刺激作用大于可可脂，而脂肪對人群的食欲無刺激作用。本實驗在一定程度上證明小鼠體質量增加與能量攝入關系更為密切，而非飲食結構。

本研究人群納入對象為血糖控制欠佳的2型糖尿病患者，受試者基線日常飲食中碳水化合物比例約40%，明顯低于平均約50%的中國居民碳水攝入量，推測患者為改善血糖已自發性地降低碳水化合物攝入。本研究中將碳水的攝入量進一步降低至總熱卡20%以下，空腹及餐后血糖出現明顯改善。既往一項臨床試驗發現，一旦限制肥胖受試者碳水化合物的攝入，即使不限制能量攝入，也會出現能量攝入減少[17]。然而本研究觀察到2型糖尿病患者低碳飲食后攝入能量無明顯變化，考慮原因為基線時患者已降低碳水化合物攝入，總熱量減少，低碳后就沒有進一步降低攝入量。本研究結果表明，對于2型糖尿病患者，在同等能量攝入下，低碳飲食能夠明顯改善血糖。

綜上所述，喂養低碳高脂飲食后，小鼠攝入能量增多，體質量增加，并伴有胰島素抵抗及糖代謝紊亂。而2型糖尿病患者在進入低碳飲食后能量攝入不變，代謝改善，因此小鼠難以模擬人體低碳飲食后的代謝變化。